JP2007152511A - ドレッシング工具、ドレッシング機構、ドレッシング機構を備えた研磨装置、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法及びこの製造方法により製造された半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ドレッシング後の研磨パッドの研磨面の平坦度を高く維持しつつ、削り屑の排出効率を向上させたドレッシング工具を提供する。
【解決手段】円盤状の基材２３１における円形の中央領域Ｒ１及びこの中央領域を取り囲む周辺領域Ｒ２に、表面に複数の砥粒２３２が固着された小径の研削ドットＤが各々独立して多数形成されてドレッシング面が構成される。ドレッシング面における周辺領域Ｒ２の研削ドットの形成密度は、中央領域Ｒ１の研削ドットの形成密度よりも高く構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドの研磨面を整えるドレッシング工具、ドレッシング機構、及びこのドレッシング機構を備えた研磨装置に関するものである。

半導体デバイスの製造技術では、多層配線構造を形成する過程で各層をいかに平坦化できるかが鍵になっており、これを実現する技術として化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing、またはChemical Mechanical Planarization）により半導体ウエーハの表面を超精密に研磨加工する研磨装置（ＣＭＰ装置と称される）が用いられている。ＣＭＰ加工は、研磨パッドと半導体ウエーハとを相対回転させながら加圧接触させ、ここに加工対象に応じたスラリーを供給して化学的・機械的な研磨作用を起こさせ、ウエーハ表面を平坦に加工するプロセスである。すなわち、ＣＭＰ装置において、研磨パッドは半導体ウエーハの研磨加工に直接的に作用する要素であり、ウエーハ表面全域での高いグローバルプラナリゼーションを実現する前提として研磨面の平坦性が要求される。一方、研磨パッドには、供給されたスラリーを保持し得るようにパッド表面に微細な孔や溝が多数設けられているが、ここに研磨加工により生じた加工屑や反応生成物が溜まってくると徐々に目詰まり状態になり加工特性が悪化する。

このため、所定の研磨加工時間ごとに目詰まりした研磨パッドの表層を削り落として研磨面を平坦化するドレッシングが行われる。ドレッシングには、ドレッシング面にダイヤモンド等の砥粒が電着されたドレッシング工具が用いられ、ドレッシング工具と研磨パッドとをそれぞれ回転させてドレッシング面と研磨面とを当接させ、目詰まりした研磨パッドの表層を平坦に削り落とすことで行われる。

従来では、円形または円環状のドレッシング面全域にわたって砥粒が一定の分布密度で均一分散された形態のドレッシング工具が用いられてきた。本願発明者は、ドレッシング面の構成とドレッシング後の研磨面の平坦性について鋭意研究を行った結果、ドレッシング面を中央の円形領域とその外周の円環領域とから構成し、円環領域の砥粒の分布密度を円形領域の砥粒の分布密度より高くすることで、ドレッシング後の研磨面をさらに高精度に平坦化可能であるとの知見を獲得し、この知見に基づいた新規なドレッシング工具を発明し提案した（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−１７２０７号公報

しかしながら、ドレッシング面を円形領域と円環領域とから構成したドレッシング工具では、砥粒の分布密度が高い円環領域が円形領域を取り囲んでいたため、円形領域で研削された研磨パッドの削り屑が排出されにくく、研磨パッドドレッシングレートが低くなるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、削り屑の排出効率を向上させたドレッシング工具、ドレッシング機構を提供し、これにより高スループットを実現可能な研磨装置、半導体デバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、第１の本発明は、研磨パッドの研磨面をドレッシングするために用いられるドレッシング工具であって、円盤状の基材における円形の中央領域及びこの中央領域を取り囲む周辺領域に、表面に複数の砥粒が固着された小径の研削ドットが各々独立して複数形成されてドレッシング面が構成され、このドレッシング面における周辺領域の研削ドットの形成密度が、中央領域の研削ドットの形成密度よりも高くなるように構成される。

第２の本発明は、上記第１の本発明のドレッシング工具において、周辺領域の研削ドットと中央領域の研削ドットとは、各研削ドットにおける砥粒の分布密度が同一であるように構成される。

第３の本発明は、上記第１または第２の本発明のドレッシング工具において、周辺領域における砥粒の平均密度が、中央領域における砥粒の平均密度の二倍以上であるように構成される。

第４の本発明は、上記第１〜第３の本発明のドレッシング工具において、周辺領域の研削ドット及び中央領域の研削ドットは、基材の表面側に凸の円柱状に形成されるとともに、周辺領域では隣接する研削ドットが０．３ｍｍ以上の間隔をおいて形成されるように構成される。

第５の本発明は、上記第１〜第４のいずれかの本発明のドレッシング工具と、当該ドレッシング工具を回転させる回転構造とを備えてドレッシング機構を構成する。

第６の本発明は、基板の表面を研磨する研磨パッドを有した研磨機構と、上記第５の本発明のドレッシング機構とを備えて研磨装置を構成する。なお、基板として、半導体ウエーハ基板や石英基板、セラミック基板などが例示される。

第７の本発明は、上記基板が半導体ウエーハであり、上記第６の本発明の研磨装置を用いて半導体ウエーハの表面を研磨加工する工程を有して半導体デバイス製造方法を構成する。

上記第８の本発明は、上記第７の本発明の半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスである。

本発明に係るドレッシング工具によれば、周辺領域に小径の研削ドットが各々独立して形成されるため、従来のドレッシング工具よりも削り屑の排出効率を向上させたドレッシング工具、ドレッシング機構を提供することができる。また、このようなドレッシング機構を備えた研磨装置によれば、研磨パッドの研磨面を高精度に平坦化することができ、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法によれば半導体デバイスを高スループットで生産することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した研磨装置の構成例を図４に示しており、まずこの図を参照して研磨装置ＰＭの全体構成から概要説明する。研磨装置ＰＭは、大別的には、半導体ウエーハ（以下、ウエーハと称する）の搬入・搬出を行うカセットインデックス部１、研磨加工を行う研磨加工部２、研磨加工が終了したウエーハの洗浄を行う基板洗浄部３、及び研磨装置内でウエーハの搬送を行う搬送装置４（第１搬送ロボット４１、第２搬送ロボット４２）などからなり、各部はそれぞれ自動開閉式のシャッタで仕切られてクリーンチャンバが構成される。研磨装置ＰＭの作動は、図示省略する制御装置により制御される。

カセットインデックス部１には、それぞれ複数枚のウエーハＷを保持したカセット（キャリアとも称される）Ｃ₁〜Ｃ₄を載置するウエーハ載置テーブル１２が設けられ、ウエーハ載置テーブル１２の前方に第１搬送ロボット４１が配設されている。第１搬送ロボット４１は多関節アーム型のロボットであり、床面に設けられたリニアガイドに沿って移動自在な基台の上部に水平旋回及び昇降作動自在な旋回台が設けられ、この旋回台に取り付けられた多関節アームを伸縮させて、アーム先端部のウエーハチャックでウエーハＷの外周縁部を把持可能になっている。第１搬送ロボット４１によりセンドカセットＣ₁，Ｃ₂から取り出された研磨加工前の未加工ウエーハは、基板洗浄部３内に設けられた未加工ウエーハを搬送するための通路内で研磨加工部２の第２搬送ロボット４２に受け渡される。

研磨加工部２は、９０度ごとに回動送りされる円形のインデックステーブル２０を中心として４つのエリアに区分されており、未加工ウエーハの搬入及び加工済ウエーハの搬出を行う搬送ステージＳ₀と、ウエーハ表面の研磨加工を行う第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃とから構成される。インデックステーブル２０は、これら４つのステージに対応して４分割されている。

搬送ステージＳ₀には、第２搬送ロボット４２が設けられている。第２搬送ロボット４２により研磨加工部２に搬入されたウエーハＷは、第２搬送ロボット４２により搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決めされたウエーハチャック２００に載置されて吸着保持される。

第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃には、それぞれウエーハチャック２００に吸着保持されたウエーハＷの表面を研磨する表面研磨機構２２と、研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッシング機構２３とが設けられている。

表面研磨機構２２は、図５に概要構成を示すように、研磨パッド２２０と、研磨パッドの研磨面２２０ｓを下向きの水平姿勢で保持し回転させる研磨ヘッド２２２、研磨ヘッドを水平揺動及び昇降作動させる研磨アーム２２３、及びウエーハ表面を上向きの水平姿勢で回転させる上記ウエーハチャック２００などからなり、各ステージで行われるプロセス内容に応じた加工条件でウエーハ表面がＣＭＰ加工される。表面研磨機構２２によるウエーハ表面の研磨加工は、研磨アーム２２３を水平揺動させて研磨ヘッド２２２をウエーハチャックの上方に位置させた状態で、研磨ヘッド２２２を回転させながら下降させ、ウエーハチャック２００に吸着保持されて回転されるウエーハＷの表面に研磨パッド２２０の研磨面２２０ｓを所定圧力で押圧させ、研磨ヘッドの中心部からスラリーを供給しながら研磨アーム２２３を揺動させることで行われ、ウエーハＷの表面全体が平坦にＣＭＰ加工される。

なお、各研磨機構２２で用いられる研磨パッド２２０は、層間絶縁膜ＣＭＰ、メタルＣＭＰ等の加工プロセス、回路パターンの微細度、第１次研磨（粗研磨）〜第３次研磨（仕上げ研磨）等の加工段階などに応じて、適宜なパッドが選択して装着される。また研磨ヘッド２２２には、中心を貫通して円環状の研磨パッド２２０の中心部にスラリーを供給するスラリー供給構造が設けられており、研磨加工時には、スラリー供給装置から加工目的に応じたスラリーが供給されるようになっている。また研磨アーム２２３の先端部には、研磨加工中のウエーハの研磨状態を光学的に検出する終点検出器が取り付けられており、研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出され研磨加工の終点をフィードバック制御可能になっている。

ドレッシング機構２３は、ドレッシング工具２３０と、このドレッシング工具を上向きの水平姿勢で回転させる回転構造とを備えて構成される。なおドレッシング機構については、後に詳述する。

インデックステーブル２０は、第１〜第３研磨ステージＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃における研磨加工が終了すると９０度回動送りされ、ウエーハチャック２００に吸着保持されたウエーハが、搬送ステージＳ₀から順次第１研磨ステージＳ₁→第２研磨ステージＳ₂→第３研磨ステージＳ₃に送られて各研磨ステージでＣＭＰ加工され、第３研磨ステージＳ₃での研磨加工が終了したウエーハが搬送ステージＳ₀に送り出される。搬送ステージＳ₀に送り出されて、吸着保持が解除された加工済ウエーハは、第２搬送ロボット４２によって研磨加工部２から基板洗浄部３に搬送される。

基板洗浄部３は、第１洗浄室３１、第２洗浄室３２、第３洗浄室３３及び乾燥室３４の４室構成からなり、表裏両面の研磨加工が終了して第２搬送ロボット４２により搬入された加工済ウエーハが、第１洗浄室３１→第２洗浄室３２→第３洗浄室３３→乾燥室３４に順次送られて研磨加工部２で付着したスラリや研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。各洗浄室における洗浄方法は種々の構成例があるが、例えば、第１洗浄室３１では回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２では超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３では純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４では窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。なお、第１洗浄室３１の下方には、未加工ウエーハを搬送するための通路が設置されている。

基板洗浄部３で洗浄された加工済ウエーハは、第１搬送ロボット４１により基板洗浄部から取り出され、ウエーハ載置テーブル１２上に載置されたレシーブカセットＣ₃，Ｃ₄の所定スロット、またはセンドカセットＣ₁，Ｃ₂の空きスロットに収容される。

このように概要構成される研磨装置において、ドレッシング機構２３は、図２にこのドレッシング機構２３の概略構成図を示し、図３に研磨パッド２２０のドレッシング時のドレッシング工具２３０と研磨パッド２２０との平面視における位置関係を模式的に示すように、ドレッシング工具２３０と、ドレッシング工具２３０を上向きの水平姿勢で回転させる回転構造２３５とを備えて構成され、研磨アーム２２３を揺動させて研磨ヘッド２２２をドレッシング工具２３０上に移動させ、研磨パッド２２０を回転させながら下降させて研磨面２２０ｓを相対回転するドレッシング面２３０ｓに当接させ、詳細図示省略するノズルからドレッシング加工部に純水を供給して研削屑等を洗い流し、研磨面をドレスアップするように構成される。

ドレッシング工具２３０は、図１に平面視におけるドレッシング工具２３０の拡大図を示し、この図中にドレッシング工具２３０の拡大断面図を示すように、円盤状の基材２３１と、この基材２３１の上面に分散された砥粒２３２と、これらの砥粒を固定するメッキ層２３３からなり、例えばＳＵＳ３１６等の耐食合金製の基材２３１に、ダイヤモンドや窒化ホウ素等の砥粒２３２がニッケルメッキ等により固定されて構成される。基材２３１は、例えば板厚１５ｍｍ程度の薄い円盤状に形成し、略同径に形成した回転構造２３５の基材保持プレートにボルト締結するように構成できるが、回転構造２３５のスピンドルと一体に構成しても良い。

ドレッシング工具２３０では、砥粒の設けられる領域が、大別して、円形の中央領域Ｒ１とこの中央領域Ｒ１を取り囲む周辺領域Ｒ２の二つの領域からなり、各領域には表面に砥粒２３２が固着された小径（直径φ＝２〜８ｍｍ程度）の研削ドットＤ１，Ｄ２が各々分離独立して多数形成され、これらの研削ドットＤ１，Ｄ２によりドレッシング面２３０ｓが構成され、このドレッシング面における周辺領域Ｒ２の研削ドットＤ２の分布密度が、中央領域Ｒ１の研削ドットＤ１の形成密度よりも高くなるように構成している。

例えば、図１に例示した構成例では、中央領域Ｒ１には複数半径の同心円上に研削ドットＤ１が形成されており、隣接する研削ドットの半径方向及び周方向の形成ピッチがそれぞれ均等になるように形成されている。また周辺領域Ｒ２では、同一半径上に研削ドットＤ２が並んで形成されており、隣接する研削ドットの形成ピッチｐ２が中央領域の研削ドットの形成ピッチｐ１よりも小さく設定されている。

このため、ドレッシング工具２３０を回転構造２３５により回転させたときに、中心領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２とでは、単位時間当たりに通過する研削ドットＤ１，Ｄ２の通過密度が異なり、周辺領域Ｒ２の砥粒の分布密度を中心領域Ｒ１よりも高めたのと同様の作用・効果を果たすことができる。すなわち、本発明者が鋭意研究の結果として、特開２００４−１７２０７号公報に開示したように、ドレッシング後の研磨パッドの研磨面を極めて高精度に平坦化することができるという効果を発揮させることができる。

そのうえで、ドレッシング工具２３０では、ドレッシング面が各々独立した小径の研削ドットＤ１，Ｄ２の集合体として構成されるため、研削ドット間に砥粒２３２が存在しない隙間領域が形成され、この隙間を通して研磨パッドの削り屑等を排出させることができる。従って、中央領域の外側に円環状に砥粒を電着固定した従来のドレッシング工具に比べて削り屑の排出効率を向上させることができる。

なお、例示した構成例では、中央領域Ｒ１の研削ドットＤ１の配置例として複数半径の同心円上に略同一ピッチで形成した例を示したが、例えば縦方向と横方向に一定ピッチの格子状に形成しても良く、隣接する研削ドットが相互に正三角形を形成するような配置など、適宜変更して構成することができる。

またドレッシング工具２３０では、中央領域Ｒ１の研削ドットＤ１と周辺領域Ｒ２の研削ドットＤ２の各拡大断面を図１中に模式的に示すように、周辺領域Ｒ２の研削ドットＤ２と中央領域Ｒ１の研削ドットＤ１とは、各研削ドットでの砥粒の分布密度が同一であるように構成している。これは、中央領域Ｒ１及び周辺領域Ｒ２に形成される全ての研削ドットＤ１，Ｄ２に対する砥粒分散及び固着が、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２とを分けることなく同一の工程で行えることを意味する。なお本明細書において「各研削ドットでの砥粒の分布密度」とは、各研削ドット単位での面積に対する砥粒の割合であり、砥粒数／研削ドットの面積、で表される密度である。

具体的には、ドレッシング面を平坦な円形領域とその外周の円環領域とから構成し、円環領域の砥粒の分布密度が円形領域の砥粒の分布密度よりも高くなるように構成することは可能であるが、そのためには円形領域と円環領域とで砥粒分散の工程を分けざるを得ず、製造工程が煩雑化する要因になる。しかしながら、ドレッシング工具２３０では、中央領域Ｒ１よりも周辺領域Ｒ２の研削ドットの形成密度を高くすることで、各研削ドットの砥粒の分布密度を同一にして砥粒の分散及び固着を同一工程で行うことができ、これにより製造工程を簡明化することができる。

なお、ドレッシング工具２３０では、周辺領域Ｒ２における砥粒の平均密度が、中央領域Ｒ１における砥粒の平均密度の二倍以上となるように構成している。例えば、図１に例示した構成例では、各領域に形成する研削ドットＤ１，Ｄ２を何れも直径φ２ｍｍの円形とし、中央領域Ｒ１における研削ドットＤ１の形成ピッチｐ１をｐ１≒１０ｍｍ、周辺領域Ｒ２における研削ドットＤ２の形成ピッチｐ２をｐ２≒２．５ｍｍとして、周辺領域Ｒ２における砥粒の平均密度を中央領域Ｒ１における砥粒の平均密度の約４倍に設定している。なお本明細書において、「領域における砥粒の平均密度」とは、各領域の面積内において研削に寄与する砥粒の割合であり、実効砥粒数／各領域の面積、で表される密度である。

上述したように、ドレッシング面を平坦な円形領域とその外周の円環領域とから構成した場合にも、円環領域の砥粒の分布密度を円形領域の砥粒の分布密度よりも高く構成することは可能であるが、その比率を正確にコントロールすることは容易でない。しかし、本願発明のドレッシング工具２３０のように、砥粒の固着領域を一定面積の研削ドットＤ１，Ｄ２として形成すれば、この研削ドットＤ１，Ｄ２の形成密度を設定することは容易であり、かつ形成密度を変化させることで、領域ごとの砥粒の平均密度を正確にコントロールすることができる。

またドレッシング工具２３０では、周辺領域Ｒ２の研削ドットＤ２及び中央領域Ｒ１の研削ドットＤ１を、ともに基材２３１の表面側に凸の円柱状に形成するとともに、周辺領域Ｒ２では隣接する研削ドットＤ２が０．３ｍｍ以上の間隔をおいて形成されるように構成している。例えば、各領域において、基材２３１に直径φ２ｍｍの円形×高さ０．５ｍｍの円柱状の突起を形成し、ここに砥粒２３２を固着して研削ドットＤ１，Ｄ２を構成するとともに、周辺領域Ｒ２における研削ドットＤ２の形成ピッチをｐ２≒２．５ｍｍとして、隣接する研削ドット間に０．５ｍｍの間隔が形成されるように構成している。

このような構成によれば、研削ドットＤ１，Ｄ２が基材表面から凸状になり、隣接する研削ドット間に最小幅で０．３ｍｍの凹状の溝が形成されるため、平坦な基材表面に砥粒のみが突出する研削ドットを形成した場合よりも、さらにドレッシング時における削り屑の排出効率を高めることができ、研磨パッドドレッシングレートを向上させることができる。なお、隣接する研削ドットの間隔を０．３ｍｍ以上とすることで削り屑の引っかかりを大幅に低減することができ高い排出効率を安定して維持することが可能である。

また、ドレッシング工具の製造過程では、基材２３１の表面全体を覆う下地メッキや、砥粒２３２を固定するためのメッキなどメッキ工程が含まれる。メッキには電気メッキと無電解メッキがあり用途に応じて使い分けられているが、半導体デバイスの製造過程においてはわずかな不純物の存在がデバイス製品のスループットに大きな影響を与えるため、少なくとも基材表面に露出するメッキは高純度の電気メッキにより行われる。ところが、電気メッキではその鍍着メカニズムから、電流密度が高くなるエッジ部分にメッキ層が厚く形成されやすく、平面部分に対するエッジ部分の構成比率が低いほどコーナエッジ部分に尖ったメッキ層が形成されやすくなる。本発明のドレッシング工具２３０では、基材表面に対して凸となる研削ドットＤ１，Ｄ２が小径の円柱状で多数形成される構成のため、電流が平均的に分散して流れ、滑らかなメッキ層が形成される。

なお、基材表面に形成する円柱部の高さを、固着する砥粒２３２の粒径（例えば２０〜２００μｍ）よりも大きく形成した場合には、基材２３１の表面全体に砥粒２３２を分散させて固着させても良い。このような場合でも、研削に寄与するドレッシング面を形成するのは基板表面に形成された凸状の各研削ドットであり、各領域Ｒ１，Ｒ２における砥粒の平均密度（実効砥粒数／各領域の面積）は、研削ドットの形成密度によりコントロールすることができる。そして、このような構成によれば、研削ドット部のみを露出させるためのマスキング工程を省略することができ、またマスクの着脱に伴う研削ドット周縁部の砥粒の固着強度低下を防止することができる。

なお、以上では、本発明に係るドレッシング工具の代表的な実施例として、基材２３１の中央領域Ｒ１及び周辺領域Ｒ２に形成する研削ドットＤ１，Ｄ２を何れも直径φ２ｍｍ×高さ０．５ｍｍの円柱形とし、中央領域Ｒ１における研削ドットＤ１の形成ピッチをｐ１≒１０ｍｍ、周辺領域Ｒ２における研削ドットＤ２の形成ピッチをｐ２≒２．５ｍｍとした構成を示したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設定を変更して構成することができる。例えば、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２とで形成する研削ドットＤ１，Ｄ２の径を異なる径（例えばφ２とφ３）とし、あるいは同一領域内の研削ドットの径を複数種類に設定することもできる。

また、研磨装置の構成例として、研磨対象であるウエーハＷの直径よりも小径の研磨パッド２２０を用い、この研磨パッド２２０を相対回転するウエーハＷの上方から押圧する構成例を示したが、これらの径の大小や上下関係は逆であっても良く、例えばウエーハＷの直径よりも大径の研磨パッドを用い、この研磨パッドの上面にウエーハを押圧して回転させるように構成しても良い。このような場合にはドレッシング工具を揺動自在な研削アームの先端に設け、ドレッシング工具を研磨パッドの上方に揺動させて、研磨パッドを上方からドレッシングするように構成することができる。

次に、研磨装置ＰＭを用いて半導体ウエーハの表面を研磨加工する場合の、研磨装置の作用について、図６(ａ)に示すようにシリコン基板５１に配線溝を形成し、この溝上にＴiＮやＴaＮ等のバリヤー層５２を形成し、さらにその上から銅の導電層５３を形成させた研磨加工前の状態（以下、この状態のウエーハを便宜的に未加工ウエーハという）から、導電層５３及びバリヤー層５２をＣＭＰ法により第１次研磨加工、第２次研磨加工、第３次研磨加工の３段階の研磨加工により平坦に研磨し、シリコン基板５１上に図６(ｂ)に示すような導体配線５３ａを形成するＣu−ＣＭＰプロセスを行う場合を例に説明する。

図７は、カセットインデックス部１のセンドカセットＣ₁に収容された未加工ウエーハが、研磨加工部２で順次研磨処理されて図６(ｂ)に示す加工済ウエーハとなり、基板洗浄部３で洗浄処理されてカセットインデックス部１のレシーブカセットＣ₄に収納されるまでのウエーハの流れを点線と矢印を付して示したものである。なお、研磨装置ＰＭの作動は図示省略する制御装置によって制御され、制御装置は予め設定された制御プログラムに基づいて各部の作動制御を行う。

研磨装置ＰＭで研磨加工プログラムがスタートされると、第１搬送ロボット４１がセンドカセットＣ₁の位置に移動し、旋回台を水平旋回及び昇降作動させるとともに多関節アームを伸長作動させてウエーハチャックでスロット内の未加工ウエーハを取り出し、旋回台を１８０度旋回作動させて第１洗浄室３１の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部２側の第２搬送ロボット４２に未加工ウエーハを受け渡す。

第１搬送ロボット４１から未加工ウエーハを受け取った第２搬送ロボット４２は、未加工ウエーハを研磨加工部２に搬入する。そして未加工ウエーハは、第２搬送ロボット４２により表面研磨機構２２に搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたインデックステーブル２０のウエーハチャック２００上に載置される。ウエーハＷが載置されると、ウエーハチャック２００がウエーハの裏面を真空吸着して保持し、第２搬送ロボット４２は退避する。

表面研磨機構２２の第１研磨ステージＳ₁〜第３研磨ステージＳ₃において研磨加工が開始される。このような３段階の研磨ステージにおいて行われるウエーハ表面の研磨加工については、既に公知であるため（例えば、本出願人による特開2002−93759号公報）、本明細書においては詳細説明を省略し、以下簡潔に説明する。

第２搬送ロボット４２が退避すると、インデックステーブル２０が時計回りに９０度回動されてウエーハチャック２００に吸着保持されたウエーハＷが第１研磨ステージＳ₁に位置決めされ、同時に研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がウエーハ上に移動する。そして研磨ヘッド２２２とウエーハチャック２００とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド２２２が下降し、研磨パッド２２０をウエーハ表面に押圧させて第１次研磨加工を行う。研磨加工中には研磨ヘッド２２２の軸心からスラリーを供給しながら研磨パッド２２０がウエーハの回転中心と外周端部との間を往復動するように研磨アーム２２３を揺動作動させ、ウエーハ表面を均一に平坦研磨する。第１次研磨加工は時間制御であり所定時間が経過したときに研磨ヘッド２２２を上昇させ第１次研磨加工を終了させる。

第１次研磨加工が終了すると、制御装置はインデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させ、第１次研磨加工が終了したウエーハを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージＳ₀で待機されたウエーハを第１研磨ステージＳ₁に位置決めする。そして、第１及び第２研磨ステージでそれぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１次研磨加工と第２次研磨加工とを同時に並行して行う。第２次研磨加工は終点検出加工であり、終点検出器で検出される加工膜厚が予め設定された所定の膜厚まで減少したと判断されるときに研磨ヘッド２２２を上昇させて第２次研磨加工を終了させる。

第２次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工が終了したか否かを確認し、第１次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第２次研磨加工が終了したウエーハを第３研磨ステージＳ₃に、第１次研磨加工が終了したウエーハを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージで待機されたウエーハを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、それぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１，第２，第３次研磨加工を同時並行して行わせる。第３次研磨加工も第２次研磨加工と同様の終点検出加工であり、終点検出器で検出される加工膜厚が予め設定された所定の膜厚まで減少したと判断されるときに研磨ヘッド２２２を上昇させて研磨加工を終了させる。

第３次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工及び第２次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第３次研磨加工が終了したウエーハを搬送ステージＳ₀に、他のステージに位置したウエーハも前述同様に各１段ずつ移動させて位置決めする。

インデックステーブル２０が位置決め停止され、第１〜第３研磨ステージを経て表面研磨が終了したウエーハが搬送ステージＳ₀に位置決めされると、第２搬送ロボット４２がウエーハチャック２００上で真空吸着が解除された加工済ウエーハの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイドに沿って水平移動して基板洗浄部３に搬送する。また加工済ウエーハの搬送後に第１搬送ロボット４１から未加工ウエーハを受け取って研磨加工部２に搬入する。

基板洗浄部３では、第１洗浄室３１で回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３で純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４０で窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄された完成品ウエーハは、カセットインデックス部１の第１搬送ロボット４１によって基板洗浄部３から取り出され、レシーブカセットＣ₄の指定スロットに収納される。

以上の作動が順次繰り返して行われ、第１枚目のウエーハの研磨加工完了後はインデックステーブル２０の回動間隔ごとに、表面及び裏面が平坦に研磨されたウエーハがカセットＣ₄に収納される。インデックステーブル２０の回動間隔は、３つのステージに分割された研磨加工時間によって規定され、例えば第１次研磨加工の時間間隔ごとに完成ウエーハが連続生産される。

また、ドレッシング機構２３によるドレスアップが、各研磨ステージにおいて所定の研磨サイクルごとに行われ、研磨パッド表面の目詰まりが修正されて平坦度が確保される。なおドレスアップの頻度は、加工プロセスの種別や使用する研磨パッドの種類等に応じて適宜に設定することができ、研磨ステージごとに異なる研磨サイクルに設定することも可能である。本発明のドレッシング機構２３によれば、研磨パッド２２０の目詰まりを修正して高い平坦度にドレスアップすることができ、これによりウエーハＷの平坦度（グローバルプラナリティ及びローカルプラナリティ）を向上させることができる。

なお、実施例ではシリコンウエーハの基板上にＣu−ＣＭＰプロセスで導体配線を形成する場合を例示したが、本発明は係る用途に限定されるものではなく、層間絶縁膜の加工プロセスやＳＴＩプロセス等のようなウエーハ加工の他、石英基板やガラス基板、セラミック基板等の加工プロセスについても同様に適用可能である。また、洗浄後の完成品ウエーハは、レシーブカセットＣ₄へ収納されるとしたが、ウエーハが未加工時に収容されていたセンドカセットＣ₁の空いているスロットへ収納するようにしても良い。

次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図８は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。

ここで、ステップＳ２０１はウエーハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエーハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエーハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエーハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

ＣＶＤ工程(Ｓ２０２)もしくは電極形成工程(Ｓ２０３)の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。

ＣＭＰ工程(Ｓ２０５)もしくは酸化工程(Ｓ２０１)の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウエーハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエーハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエーハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。

次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウエーハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。

本発明による半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いているためウエーハの平坦度が向上する。このため、露光装置を用いた露光による回路パターンの焼き付けに際して、デバイス表面の平坦性を高めることができ、回路パターンの微細化ひいては半導体デバイスの更なる高密度化を実現することができる。なお、上記半導体デバイス（半導体ウエーハ）以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明による研磨装置を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、高密度の半導体デバイスを高収率で生産することができるため低コストの半導体デバイスを供給することができる。

本発明の一実施形態によるドレッシング工具を模式的に示す概略拡大図、及びこのドレッシング工具における研削ドット部分の拡大断面図である。 本発明の一実施形態によるドレッシング機構を模式的に示す概要構成図である。 図２に示すドレッシング機構によるドレッシング時における、ドレッシング工具と研磨パッドとの関係を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態による研磨装置の全体構成例を示す平面図である。 表面研磨機構及びドレッシング機構を模式的に示す概要構成図である。 上記研磨装置による研磨加工の一例として模式的に示す(ａ)研磨加工前のウエーハの断面図、及び(ｂ)研磨加工後のウエーハの断面図である。 上記研磨装置におけるウエーハの流れを示す説明図である。 本発明に係る半導体デバイス製造方法のフローチャートである。

符号の説明

Ｄ１，Ｄ２ 研削ドット
Ｗ ウエーハ（基板）
ＰＭ 研磨装置
Ｒ１ 中央領域
Ｒ２ 周辺領域
２２ 表面研磨機構（研磨機構）
２３ ドレッシング機構
２２０ 研磨パッド（２２０ｓ 研磨面）
２３０ ドレッシング工具（２３０ｓ ドレッシング面）
２３１ 基材
２３２ 砥粒
２３５ 回転構造

Claims (8)

1. 研磨パッドの研磨面をドレッシングするために用いられるドレッシング工具であって、
   円盤状の基材における円形の中央領域及び前記中央領域を取り囲む周辺領域に、表面に複数の砥粒が固着された小径の研削ドットが各々独立して複数形成されてドレッシング面が構成され、
   前記ドレッシング面における前記周辺領域の研削ドットの形成密度が、前記中央領域の研削ドットの形成密度よりも高いことを特徴とするドレッシング工具。
2. 前記周辺領域の研削ドットと前記中央領域の研削ドットとは、各研削ドットにおける前記砥粒の分布密度が同一であることを特徴とする請求項１に記載のドレッシング工具。
3. 前記周辺領域における前記砥粒の平均密度が、前記中央領域における前記砥粒の平均密度の二倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドレッシング工具。
4. 前記周辺領域の研削ドット及び前記中央領域の研削ドットは、前記基材の表面側に凸の円柱状に形成されるとともに、前記周辺領域では隣接する前記研削ドットが０．３ｍｍ以上の間隔をおいて形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のドレッシング工具。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のドレッシング工具と、当該ドレッシング工具を回転させる回転構造とを備えたことを特徴とするドレッシング機構。
6. 基板の表面を研磨する研磨パッドを有した研磨機構と、請求項５に記載のドレッシング機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
7. 前記基板は半導体ウエーハであり、請求項６に記載の研磨装置を用いて前記半導体ウエーハの表面を研磨加工する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。

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